Windows系統(tǒng)下動(dòng)態(tài)磁盤卷的分析與研究

曹紀(jì)磊

摘要：對于大多數(shù)用戶來說，已經(jīng)知道在MBR磁盤分區(qū)結(jié)構(gòu)中，系統(tǒng)通過分區(qū)表項(xiàng)對分區(qū)進(jìn)項(xiàng)管理，因?yàn)榉謪^(qū)表項(xiàng)中管理分區(qū)大小的參數(shù)是有四個(gè)字節(jié)組成的，所以能夠管理的分區(qū)最大為2048GB，也就是2TB。隨著硬盤容量的不斷增大，以及用戶對存儲(chǔ)空間需求的不斷最大，2TB的分區(qū)已經(jīng)不能滿足用戶的需求，特別是無法滿足大型企業(yè)用戶的需求。那么如何解決這個(gè)矛盾呢，微軟提供的動(dòng)態(tài)磁盤分區(qū)就很好地解決了這個(gè)問題。該文就動(dòng)態(tài)磁盤卷的種類、創(chuàng)建方法以及動(dòng)態(tài)磁盤的LDM結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析與研究。

關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)磁盤；分區(qū)；卷

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）14-0198-02

1動(dòng)態(tài)磁盤卷由來

動(dòng)態(tài)磁盤與MBR磁盤相比，在磁盤的管理和使用特性上更加機(jī)動(dòng)靈活，特別是在數(shù)據(jù)的容錯(cuò)、高速度的讀寫操作以及卷的大小修改上更加易于實(shí)現(xiàn)，這些都是微軟公司針對MBR磁盤不能實(shí)現(xiàn)的情況下在Windows2000系統(tǒng)后新增加的特性。

一塊MBR磁盤只能包含4個(gè)分區(qū)，它們是最多3個(gè)主磁盤分區(qū)和1個(gè)擴(kuò)展分區(qū)，擴(kuò)展分區(qū)可能包含多個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器。而動(dòng)態(tài)磁盤可以在每個(gè)磁盤組內(nèi)創(chuàng)建多個(gè)2000個(gè)動(dòng)態(tài)卷，盡管微軟推薦值為每磁盤32個(gè)或更少。

在MBR磁盤中，分區(qū)是不可跨越磁盤的。但是，我們可以通過一定方式將磁盤中空余的磁盤空間鏈接在一塊，從而來擴(kuò)大卷的空間。

MBR磁盤的讀/寫速度由硬件決定，很難通過硬盤自身提升讀/寫效率。但動(dòng)態(tài)磁盤可以通過創(chuàng)建帶區(qū)卷來同時(shí)對多塊磁盤進(jìn)行讀/寫，顯著提升磁盤效率。

MBR磁盤不可容錯(cuò)，如果沒有及時(shí)備份而遭遇磁盤失敗會(huì)有極大的損失動(dòng)態(tài)磁盤上可以創(chuàng)建鏡像卷，所有內(nèi)容自動(dòng)實(shí)時(shí)備份到鏡像磁盤中，及時(shí)遭到磁盤失敗也不必?fù)?dān)心數(shù)據(jù)損失。

2動(dòng)態(tài)磁盤卷的種類及創(chuàng)建方法

一般情況下，都把磁盤作為MBR磁盤使用，為了使用動(dòng)態(tài)磁盤卷，首先必須將其轉(zhuǎn)換為動(dòng)態(tài)磁盤。依照下面步驟打開“磁盤管理”：控制面板一管理工具一計(jì)算機(jī)管理一磁盤管理，這時(shí)就可以通過右鍵菜單將選擇磁盤轉(zhuǎn)換為動(dòng)態(tài)磁盤。

將MBR磁盤轉(zhuǎn)換為動(dòng)態(tài)磁盤后面對磁盤就是用“卷”的形式進(jìn)行管理了，而不是MBR磁盤下的“分區(qū)”，在“磁盤2”的區(qū)域點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，顯示“新建卷”，而不是“新建分區(qū)”。

基于動(dòng)態(tài)磁盤的卷有五種如圖1所示，它們分別是：

1）簡單卷：構(gòu)成單個(gè)物理磁盤空間的卷，它可以由磁盤上的單個(gè)區(qū)域或同一磁盤上連接在一起的多個(gè)區(qū)域組成，可以在同一磁盤內(nèi)擴(kuò)展簡單卷。

2）跨區(qū)卷：簡單卷也可以擴(kuò)展到其他的物理磁盤，這樣由多個(gè)物理磁盤的空間組成的卷就稱為跨區(qū)卷。簡單卷和跨區(qū)卷都不屬于RAID范疇。

3）帶區(qū)卷：以帶區(qū)形式在連個(gè)后多個(gè)物理磁盤上存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的卷帶區(qū)卷上的數(shù)據(jù)被交替、平均（以帶區(qū)形式）地分配給這些磁盤。

4）鏡像卷：在兩個(gè)物理磁盤上復(fù)制數(shù)據(jù)的容錯(cuò)卷。它通過使用卷的副本（鏡像）復(fù)制該卷中的信息來提供數(shù)據(jù)冗余，鏡像總位于另一個(gè)磁盤上，如果其中一個(gè)物理磁盤出現(xiàn)故障，則該故障磁盤上的數(shù)據(jù)將不可用嗎，但是系統(tǒng)可以使用未受影響的磁盤繼續(xù)操作。

5）RAID-5卷：具有數(shù)據(jù)和奇偶校驗(yàn)的容錯(cuò)卷，數(shù)據(jù)分布于三個(gè)或更多的物理磁盤，奇偶校驗(yàn)用于在陣列失效后重建數(shù)據(jù)。如果物理磁盤的某一部分失敗，可以用以下的數(shù)據(jù)和奇偶校驗(yàn)信息重新創(chuàng)建磁盤上失敗的那一部分上的數(shù)據(jù)。

3動(dòng)態(tài)磁盤LDM結(jié)構(gòu)原理

3.1動(dòng)態(tài)磁盤的結(jié)構(gòu)布局

動(dòng)態(tài)磁盤的相關(guān)設(shè)置信息所存放的信息不是存在不方便修改的地方，而是放在了磁盤中，并且同時(shí)也備份到了另外一些動(dòng)態(tài)磁盤上，這樣設(shè)置的目的也是為了更靈活、快捷的實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備之間的動(dòng)態(tài)磁盤的拷貝。

LDM也實(shí)現(xiàn)了一個(gè)MS-DOS的分區(qū)表，這是為了繼承一些在Windows2000/XP下運(yùn)行的磁盤管理工具，或是在雙引導(dǎo)環(huán)境中讓其他系統(tǒng)不至于認(rèn)為動(dòng)態(tài)盤還沒有被分區(qū)。

另一個(gè)LDM創(chuàng)建MS-DOS分區(qū)表的原因是為了讓W(xué)in-dows2000/XP引導(dǎo)程序能夠找到系統(tǒng)卷和引導(dǎo)卷，即使它們在動(dòng)態(tài)盤上（例如，Ntldr就不知道LDM分區(qū)的存在）如果一個(gè)盤中包括系統(tǒng)卷和引導(dǎo)卷，MS-DOS風(fēng)格分區(qū)類型。保存在MS-DOS分區(qū)中的區(qū)域就是LDM創(chuàng)建raunchv分區(qū)的地方。一個(gè)LDM創(chuàng)建MS-DOS分區(qū)表的原因是為了讓W(xué)indows2000/XP引導(dǎo)程序能夠找到系統(tǒng)卷和引導(dǎo)卷，即使它們在動(dòng)態(tài)盤上（例如，Ntldr就不知道LDM分區(qū)的存在）如果一個(gè)盤中包括系統(tǒng)卷和引導(dǎo)卷，MS-DOS風(fēng)格分區(qū)類型。保存在MS-DOS分區(qū)中的區(qū)域就是LDM創(chuàng)建raunchv分區(qū)的地方。

動(dòng)態(tài)磁盤的結(jié)構(gòu)布局如圖2所示。從圖中可以看出，動(dòng)態(tài)盤由三部分結(jié)構(gòu)組成：

1）MBR區(qū)。動(dòng)態(tài)磁盤的第一個(gè)扇區(qū)與MBR磁盤一樣，是一個(gè)MBR，MBR的分區(qū)表中有一項(xiàng)MS-DOS類型的分區(qū)表項(xiàng)。

2）LDM軟分區(qū)區(qū)域。這一部分用來給動(dòng)態(tài)磁盤劃分軟分區(qū)。

3）LDM數(shù)據(jù)庫區(qū)域。LDM數(shù)據(jù)庫占用動(dòng)態(tài)磁盤最后1MB的空間，其中含有私有頭的兩個(gè)備份，并且用特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)記錄著動(dòng)態(tài)磁盤的結(jié)構(gòu)信息。

3.2動(dòng)態(tài)磁盤的LDM數(shù)據(jù)庫

首先強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，動(dòng)態(tài)磁盤的LDM數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的字節(jié)序都是Big-Endian。LDM數(shù)據(jù)庫占用動(dòng)態(tài)磁盤最后IMB空間，也就是2048個(gè)扇區(qū)的大小。下面以LDM數(shù)據(jù)庫的起始扇區(qū)為0扇區(qū)，來描述LDM數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)。

1）目錄表（TOCBLOCK）的結(jié)構(gòu)

LDM數(shù)據(jù)庫目錄表共有16個(gè)扇區(qū)大小，一般只用到前兩個(gè)扇區(qū)，這兩個(gè)目錄表分別在LDM數(shù)據(jù)庫的2045和2046扇區(qū)有一個(gè)備份。

2）數(shù)據(jù)庫配置信息（VMDB）的結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)庫配置信息（VNDB）起始于LDM的17號(hào)扇區(qū)，占用1個(gè)扇區(qū)，其中存放關(guān)于動(dòng)態(tài)磁盤的總體信息。

3）數(shù)據(jù)庫配置記錄（VBLK）的結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)庫配置記錄（VBLK）是128字節(jié)定長記錄，每一個(gè)VBLK項(xiàng)描述一個(gè)磁盤組、磁盤、分區(qū)、組件或卷。因?yàn)閯?dòng)態(tài)磁盤組，所以每一個(gè)VBLK項(xiàng)可以是如下四種類型之一：磁盤、分區(qū)、組件、卷。

LDM把每一個(gè)VBLK項(xiàng)與內(nèi)部對此昂的標(biāo)識(shí)符聯(lián)系到一起。最低的級別，分區(qū)項(xiàng)描述軟分區(qū)，它是一個(gè)盤上的連續(xù)項(xiàng)代表一個(gè)磁盤組中的動(dòng)態(tài)盤，包括磁盤的GUID。組件項(xiàng)像一條鏈子把一個(gè)或多個(gè)分區(qū)項(xiàng)和與分區(qū)相連的卷項(xiàng)聯(lián)系起來。卷項(xiàng)存放這個(gè)卷的CUID、卷的大小和狀態(tài)、驅(qū)動(dòng)器的名字。比一個(gè)數(shù)據(jù)庫記錄大的磁盤項(xiàng)占用多個(gè)記錄的空間，分區(qū)項(xiàng)、組件項(xiàng)和卷項(xiàng)很少占用多個(gè)記錄的空間。最低的級別，分區(qū)項(xiàng)描述軟分區(qū)，它是一個(gè)盤上的連續(xù)項(xiàng)代表一個(gè)磁盤組中的動(dòng)態(tài)盤，包括磁盤的GUID。組件項(xiàng)像一條鏈子把一個(gè)或多個(gè)分區(qū)項(xiàng)和與分區(qū)相連的卷項(xiàng)聯(lián)系起來。卷項(xiàng)存放這個(gè)卷的CUID、卷的大小和狀態(tài)、驅(qū)動(dòng)器的名字。比一個(gè)數(shù)據(jù)庫記錄大的磁盤項(xiàng)占用多個(gè)記錄的空間，分區(qū)項(xiàng)、組件項(xiàng)和卷項(xiàng)很少占用多個(gè)記錄的空間。

在動(dòng)態(tài)磁盤內(nèi)部，每一磁盤、分區(qū)、組件和卷都被賦予一個(gè)唯一的名稱。磁盤組是由Dg0和計(jì)算機(jī)的名字一起組成，例如LiuWeiDg0，意味著計(jì)算機(jī)的名字是LiuWei。磁盤名稱為DisKl、DisK2等。磁盤1的分區(qū)命名為DisKl-01 DisKl-02等。條帶卷命名為Strpel Strpe2等。RAID卷命名為Raid1、Raid2等。簡單卷、跨區(qū)卷和鏡像卷命名為Volumel Volume2等。卷的組件命名為Stripel-01 tripe2-02、Strpel-01、Strpe2-02、Volumel-01、Volumel-02等。當(dāng)對象刪除時(shí)，新對象命名時(shí)使用第一個(gè)可以使用的低數(shù)值得名稱。

4總結(jié)

對于邏輯類數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)的學(xué)習(xí)，最重要的就是對各種系統(tǒng)下的分區(qū)結(jié)構(gòu)及文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)。Windows系統(tǒng)它能夠支持的分區(qū)結(jié)構(gòu)包括MBR磁盤分區(qū)、動(dòng)態(tài)磁盤分區(qū)及GPT磁盤分區(qū)；它能夠支持的文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括FAT12、FAT16、FAT32、NTFS和EXFAT。本文針對動(dòng)態(tài)磁盤分區(qū)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入的解析，為我們做好Windows系統(tǒng)下的數(shù)據(jù)恢復(fù)奠定了很好的基礎(chǔ)。